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    <title>jdk源码分析之原子变量AtomicInteger--乐观锁与CAS以及问题 | Typhoon&#39;s code space</title>
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    <meta name="author" content="typhoon">
    

    
    <meta name="description" content="熟悉jdk的人都知道，从jdk1.5开始引入了并发包，旨在对于java内置锁synchronized解决不了或者不适用的场景提供一种更优的解决方案。">
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<meta property="og:title" content="jdk源码分析之原子变量AtomicInteger--乐观锁与CAS以及问题">
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      <a href="/typhoon/2018/04/21/cas乐观锁/" title="jdk源码分析之原子变量AtomicInteger--乐观锁与CAS以及问题" itemprop="url">jdk源码分析之原子变量AtomicInteger--乐观锁与CAS以及问题</a>
  </h1>
  <p class="article-author">By
       
		<a href="/typhoon/about" title="typhoon" target="_blank" itemprop="author">typhoon</a>
		
  <p class="article-time">
    <time datetime="2018-04-21T04:03:34.000Z" itemprop="datePublished"> Published 2018-04-21</time>
    
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			<strong class="toc-title">Contents</strong>
		
			<ol class="toc"><li class="toc-item toc-level-5"><a class="toc-link" href="#原创不易，请多多支持！"><span class="toc-number">1.</span> <span class="toc-text">原创不易，请多多支持！</span></a></li></ol>
		
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		<pre><code>熟悉jdk的人都知道，从jdk1.5开始引入了并发包，旨在对于java内置锁synchronized解决不了或者不适用的场景提供一种更优的解决方案。
</code></pre>  <a id="more"></a>
<pre><code>    当然这里我们一定会提到锁的概念，根据解决并发冲突的理念不同，锁可以分为悲观锁和乐观锁，
synchronized关键字和其他基于AQS实现的锁(ReentrantLock,ReadWriteLock,ReentrantReadWriteLock)等都是悲观锁，
而我们常见的并发包中原子变量和原子变量引用(java.util.concurrent.atomic包下类)以及开源分布式缓存框架Tair都是基于乐观锁实现。
关于悲观锁和乐观锁此篇不做详细对比和分析，接下来借助原子变量AtomicInteger展开话题。
    首先先从看一下类的声明和介绍：
</code></pre><img src="/typhoon/2018/04/21/cas乐观锁/c1.jpg" alt="cas" title="cas">
<pre><code>     可以看到我上边标注了类的开始版本和作者，从jdk1.5引入就不必说了，简单说一下Doug Lea这个人，算是除了鼻祖詹姆斯高斯林之外另外一个重量级的对java发展做出巨大贡献的大佬了，
 如果有Doug Lea参与更早的jdk的源码编写，像volatile这么蹩脚的东西根本不会出现。接着创建了一个私有静态对象unsafe，Unsafe是jdk提供的直接操作内存的工具，
 暂时没有对开发者开放；然后声明了一个long类型的静态变量，紧接着红框标注的一个静态代码块，其实获取成员变量value相对于当前对象的偏移量，这句话听起来有点拗口和晦涩难懂，
 我们举个现实场景中的例子来说明：人类是一个类，那么从类声明和定义完成的那刻起，我们基本可以确定人身上各个器官相对于人的具体位置(可以理解为偏移量)，
 也就是说不管任何人都会占用一个指定大小的空间(理解为内存中的块区)，那么人类的具体实现不管是张三李四王二麻子任何一个人，不管他们再任何一个角落(不同对象在内存中的位置不一样)，
 但是他们都有人类的结构(鼻子，眼长在哪个位置是固定的；对象虽然在内存中位置虽有不同，但是每个对象的内部存储结构是整齐的)，只要我找到任何一个人的具体位置，
 就能根据他的身体结构找到他的身体上的器官所在位置(只要找到对象的存储位置，根据偏移量或者说相对位置，可以直接找到成员变量的位置)。相信经过上边的一个形象的举例，
 我们对这个偏移量有了很深刻的理解。那么为什么偏移量定义成私有和静态呢？很简单，就像人类一样，经过几千年的进化整体轮廓已经固定，如果不是私有的，那么意味着可以随便修改人类身体各器官的位置，
 而定义成静态的是因为偏移量是所有人类的属性，不是某个张三李四特有的属性。
      然后介绍一下为什么成员变量value用volatile修饰，其实就是为了让每个线程的每次读取都从主内存读取，而不是各自的线程内存中读取(保证每次读取都是最新的值)。
      然后我们根据具体的源码实现分析AtomicInteger中的乐观锁和CAS以及原子变量存在的一些问题：
1)
</code></pre><figure class="highlight plain"><table><tr><td class="gutter"><pre><div class="line">1</div><div class="line">2</div><div class="line">3</div></pre></td><td class="code"><pre><div class="line">public AtomicInteger(int initialValue) &#123;</div><div class="line">      value = initialValue;</div><div class="line">  &#125;</div></pre></td></tr></table></figure>
<pre><code>新建一个初始值为initialValue的AtomicInteger对象

2)
</code></pre><figure class="highlight plain"><table><tr><td class="gutter"><pre><div class="line">1</div><div class="line">2</div></pre></td><td class="code"><pre><div class="line">public AtomicInteger() &#123;</div><div class="line">   &#125;</div></pre></td></tr></table></figure>
<pre><code>默认无参构造器，新建一个初始值为0的AtomicInteger对象

3)
</code></pre><figure class="highlight plain"><table><tr><td class="gutter"><pre><div class="line">1</div><div class="line">2</div><div class="line">3</div></pre></td><td class="code"><pre><div class="line">public final int get() &#123;</div><div class="line">       return value;</div><div class="line">   &#125;</div></pre></td></tr></table></figure>
<pre><code>返回当前原子变量的值

4)
</code></pre><figure class="highlight plain"><table><tr><td class="gutter"><pre><div class="line">1</div><div class="line">2</div><div class="line">3</div></pre></td><td class="code"><pre><div class="line">public final voidset(int newValue) &#123;</div><div class="line">       value = newValue;</div><div class="line">   &#125;</div></pre></td></tr></table></figure>
<pre><code>将原子变量的值修改为newValue，并发情况下会出现覆盖现象

5)
</code></pre><figure class="highlight plain"><table><tr><td class="gutter"><pre><div class="line">1</div><div class="line">2</div><div class="line">3</div><div class="line">4</div><div class="line">5</div><div class="line">6</div><div class="line">7</div><div class="line">8</div><div class="line">9</div><div class="line">10</div></pre></td><td class="code"><pre><div class="line">public final int getAndSet(int newValue) &#123;</div><div class="line">       for (;;) &#123;</div><div class="line">           int current = get();</div><div class="line">           if (compareAndSet(current, newValue))</div><div class="line">               return current;</div><div class="line">       &#125;</div><div class="line">   &#125;</div><div class="line">  public final boolean compareAndSet(int expect, int update) &#123;</div><div class="line">       return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);</div><div class="line">   &#125;</div></pre></td></tr></table></figure>
<pre><code>将原子变量的值置为newValue并返回旧值。先看一下compareAndSet实现，直接调用unsafe.compareAndSwapInt方法尝试将当前对象中偏移量为valueOffset的属性从expect修改为update，
注意 此处没有加锁，也就是说修改value的时候如果发现内存中该属性的值和之前查出来的一致(没有被其他线程修改过)，那么将其修改为update并返回成功，如果和查出来不一致(已经被其他线程修改)，
返回失败；再反过来看getAndSet方法，for循环中做的事情就是先从内存中去除value的值，然后尝试修改，如果成功直接返回旧值，如果失败 重试从内存取value然后修改为期望值，直到成功。
这里边用到了乐观锁的理念，以及其典型的实现CAS(Compare And Swap)，其实就是在不加锁的情况下尝试执行修改操作，并且使用某一个值作为条件，要满足我修改的时候这个值和我期望的一样，
如果满足直接修改，否则修改失败。

6)
</code></pre><figure class="highlight plain"><table><tr><td class="gutter"><pre><div class="line">1</div><div class="line">2</div><div class="line">3</div><div class="line">4</div><div class="line">5</div><div class="line">6</div><div class="line">7</div><div class="line">8</div></pre></td><td class="code"><pre><div class="line">public final int getAndIncrement() &#123;</div><div class="line">       for (;;) &#123;</div><div class="line">           int current = get();</div><div class="line">           int next = current + 1;</div><div class="line">           if (compareAndSet(current, next))</div><div class="line">               return current;</div><div class="line">       &#125;</div><div class="line">   &#125;</div></pre></td></tr></table></figure>
<pre><code>将原子变量的值加1并返回旧值。此方法以及getAndDecrement，getAndAdd，incrementAndGet，decrementAndGet，addAndGet都是基于类似5中的方式完成修改操作

    上边的内容对原子变量AtomicInteger源码和实现方式做了详细的分析。那么这种方式是完美的吗？能够解决我们遇到的所有问题吗？当然不是，接下来我们描述一个场景：
    创建了一个初始值为1的原子变量ai，有三个线程A，B，C尝试去修改它，A要把ai减1，B要把ai加1，C要把ai改为10，三个线程并发进行，但是并发情况下存在cpu资源竞争，
恰巧C没有竞争过A和B，那么就是A把ai从1改成了0，B又把ai从0改成了1，这个时候C线程获得cpu时间片，尝试把ai从1改成10，这个时候它修改之前获取的值与A和B修改之前的一致，
也就是说其他线程把他期望的值改掉又改回来，C线程的操作是无法感知的，这时候C线程尝试修改ai的值为10是成功的。这就是典型的原子变量中的ABA问题，其实这种简单的操作带来的问题不大，
但是在真实的业务场景中ai的值的版本号已经发生了变化，那么这种问题如何解决呢？
    当然，既然很多人发现了这个问题，Doug Lea大神也在jdk源码中做出了解决方案，比如在原子变量包下增加了AtomicStampedReference以及AtomicMarkableReference来解决ABA问题，
其实就是在更新操作的时候引入了版本号的概念，具体的实现此篇不做分析。
     此篇我们队Jdk集合中原子变量AtomicInteger以及常用实现做了详细的分析，希望在实际开发中给大家带来帮助和源码层面实现思路的理解。如果有觉得分析不到位或者理解有偏差的，
可以直接留言或者私聊我。
</code></pre><h5 id="原创不易，请多多支持！"><a href="#原创不易，请多多支持！" class="headerlink" title="原创不易，请多多支持！"></a>原创不易，请多多支持！</h5><pre><code>附带公众号：
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 <ol class="toc"><li class="toc-item toc-level-5"><a class="toc-link" href="#原创不易，请多多支持！"><span class="toc-number">1.</span> <span class="toc-text">原创不易，请多多支持！</span></a></li></ol>
 
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  if(ae.length>0){
   ae.wrap('<div class="video-container" />');
  };
  c.click(function(){
    ta.css('display', 'block').addClass('fadeIn');
  });
  o.click(function(){
    ta.css('display', 'none');
  });
  $(window).scroll(function(){
    ta.css("top",Math.max(140,320-$(this).scrollTop()));
  });
});
</script>


<script type="text/javascript">
$(document).ready(function(){ 
  var $this = $('.share'),
      url = $this.attr('data-url'),
      encodedUrl = encodeURIComponent(url),
      title = $this.attr('data-title'),
      tsina = $this.attr('data-tsina'),
      description = $this.attr('description');
  var html = [
  '<div class="hoverqrcode clearfix"></div>',
  '<a class="overlay" id="qrcode"></a>',
  '<a href="https://www.facebook.com/sharer.php?u=' + encodedUrl + '" class="article-share-facebook" target="_blank" title="Facebook"></a>',
  '<a href="https://twitter.com/intent/tweet?url=' + encodedUrl + '" class="article-share-twitter" target="_blank" title="Twitter"></a>',
  '<a href="#qrcode" class="article-share-qrcode" title="微信"></a>',
  '<a href="http://widget.renren.com/dialog/share?resourceUrl=' + encodedUrl + '&srcUrl=' + encodedUrl + '&title=' + title +'" class="article-share-renren" target="_blank" title="人人"></a>',
  '<a href="http://service.weibo.com/share/share.php?title='+title+'&url='+encodedUrl +'&ralateUid='+ tsina +'&searchPic=true&style=number' +'" class="article-share-weibo" target="_blank" title="微博"></a>',
  '<span title="Share to"></span>'
  ].join('');
  $this.append(html);

  $('.hoverqrcode').hide();

  var myWidth = 0;
  function updatehoverqrcode(){
    if( typeof( window.innerWidth ) == 'number' ) {
      myWidth = window.innerWidth;
    } else if( document.documentElement && document.documentElement.clientWidth) {
      myWidth = document.documentElement.clientWidth;
    };
    var qrsize = myWidth > 1024 ? 200:100;
    var options = {render: 'image', size: qrsize, fill: '#2ca6cb', text: url, radius: 0.5, quiet: 1};
    var p = $('.article-share-qrcode').position();
    $('.hoverqrcode').empty().css('width', qrsize).css('height', qrsize)
                          .css('left', p.left-qrsize/2+20).css('top', p.top-qrsize-10)
                          .qrcode(options);
  };
  $(window).resize(function(){
    $('.hoverqrcode').hide();
  });
  $('.article-share-qrcode').click(function(){
    updatehoverqrcode();
    $('.hoverqrcode').toggle();
  });
  $('.article-share-qrcode').hover(function(){}, function(){
      $('.hoverqrcode').hide();
  });
});   
</script>









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<script src="/typhoon/fancybox/jquery.fancybox.pack.js"></script>
<script type="text/javascript">
$(document).ready(function(){ 
  $('.article-content').each(function(i){
    $(this).find('img').each(function(){
      if ($(this).parent().hasClass('fancybox')) return;
      var alt = this.alt;
      if (alt) $(this).after('<span class="caption">' + alt + '</span>');
      $(this).wrap('<a href="' + this.src + '" title="' + alt + '" class="fancybox"></a>');
    });
    $(this).find('.fancybox').each(function(){
      $(this).attr('rel', 'article' + i);
    });
  });
  if($.fancybox){
    $('.fancybox').fancybox();
  }
}); 
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  var hm = document.createElement("script");
  hm.src = "//hm.baidu.com/hm.js?e6d1f421bbc9962127a50488f9ed37d1";
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<!-- Analytics End -->

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